环保设备设计与选型污水处理PPT课件

1 1 生活污水处理和工业废水处理工艺及处理站的设计2 污水处理工程中常用设备的选型及计算3 大气污染控制设备设计及计算 本节教学要求 了解污水处理厂设计所需的基础资料和开展设计步骤 基本掌握城市 镇 污水处理厂工艺流程选择 平面布置与高程布置 工程设计以及工业废水处理站设计等 第6章环保设备设计与选型 2 第一节污水处理厂设计的基础资料 一 设计基础资料 该部分在前文已经重点介绍 一 污水处理厂设计依据污水处理厂工程设计主要依据 工程建设单位 甲方 的设计委托书及设计合同 工程可行性研究报告及批准书 污水处理厂建设环境影响评价 城市发展总体规划 所在区域水资源状况及其水污染现状 受纳水体的使用功能与水环境质量状况 排水规划与排水系统现状 废水处理设施现状 生活污水与工业废水近远期水质水量预测 处理后废水再用与污泥利用的可能性与途径 所在区域城市给水以及渔业 农业灌溉 航运等各方面的相关资料等 3 二 自然条件的资料气象特征资料 气温 年平均 最高 最低 湿度 降雨量 蒸发量 土壤冰冻以及风向资料水文资料 当地有关河流的水位 最高水位 平均水位与最低水位 流速 流量 平均流量 保证率为95 的水文年的最枯月平均流量 资料 若城市位于海滨则还需要潮汐及洋流资料水文地质资料 地下水的资料 特别应注意地下水和地面水的相互补给情况和地下水利用情况地质资料 厂址地质钻孔柱状图 地基承载能力 地下水位与地震资料地形资料 污水处理厂及附近 排放口的地形图 4 二 设计规范和水质排放标准 污水综合排放标准 GB8978 1996 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 污水排入城市下水道水质标准 CJ3082 1999 室外排水规范 GB50014 2006 污水再生利用工程设计规范 GB50335 2002 建筑给水排水设计规范 GB50015 2003 室外给水设计规范 GB50013 2006 城镇污水处理厂附属建筑和附属设计标准 CJJ31 89 建筑中水设计规范 GB50336 2002 造纸工业水污染物排放标准 GB3544 2001 纺织染整工业水污染物排放标准 GB4287 92 肉类加工工业水污染物排放标准 GB113457 92 泵站设计规范 GB50265 2010 5 第二节设计步骤 城市污水处理厂的设计步骤可分为 设计前期工作 初步扩大设计和施工图设计三个阶段一 设计前期工作设计前期工作为编制项目建议书 进行工程可行性研究 一 项目建议书是建设单位向国家相关部门提出要求建设某一污水处理厂的建设文件 是建设程序中最初步阶段的工作内容包括 建设污水处理厂的必要性和依据 建设地点 规模 采用技术标准 工艺流程 工程投资估算和资金筹措 项目建设进度设想和效益估算 6 二 可行性研究涉及项目建设的必要性 经济合理性 技术可行性 实施可能性进行综合研究和论证 或对项目规模 选址 工艺运行 投资和效益等工程技术经济性问题进行科学论证和评价 以判断该项目是否可行 为立项决策提供科学依据内容包括 项目背景 项目实施的意义和必要性 污水处理厂厂址选择与建厂条件 污水处理厂建设规模 排放标准 污水处理程度和尾水出路 污泥处理工艺方案选择与评价 推荐方案的工程设计 包括设计原则 设计工艺 建筑 结构 供电 仪表和自控 设备 辅助设施 新技术应用以及安全 卫生 环保 节能和消防等 项目实施计划和管理 工程投资估算 资金筹措 财务评价和工程效益分析 结论和建议 附图和附件 7 二 初步扩大设计 一 初步设计根据批准的工程可行性研究报告进行其主要任务是明确工程规模 工作计划 设计原则和设计标准 深化可行性研究报告提出的推荐方案 解决主要工程技术问题 提出拆迁 征地范围和数量 以及工程建设主要材料 设备和工程概算 初步设计应满足主要设备订货 工程招标以及工程施工准备的要求 二 初步设计文件设计说明书 设计图纸 包括平面布置图 工艺流程图 主要构筑物布置图 高程布置图等 主要工程数量 主要材料与设备的数量和规格 工程概算 8 设计说明书 设计依据 工程相关批复文件和协议资料 工程设计相关资料 工程设计 含厂址选择 污水水质水量及其处理程度 工艺流程选择 构筑物及其设备数量和型号 处理污水和污泥出路 厂区辅助设施和道路建设 绿化设计 平面布置和高程布置 分期建设情况 存在问题及其解决措施 工程量 混凝土量 挖土方量和填土方量等 材料和设备数量包括工程施工所需的钢材 木材和水泥的数量 工程所需各种设备的规格 数量建筑与设备 附属建筑物 结构 供电 仪表和自控 通信 采暖以及安全 卫生 环保 节能和消防等说明运行管理 人员编制 运行管理 主要材料和设备数量表 工程概算等扩大初步设计图纸 总平面图 高程图 处理构筑物图等 9 三 施工图设计 一 施工图设计是在扩大初步设计被批准后进行的 是以扩大初步设计的说明书及其图纸为依据的 施工图设计的主要任务是将污水处理厂各处理构筑物的平面位置和高程精确的表示在图纸上 将各构筑物的各个节点的构造 尺寸都用图纸表现出来 以利于施工人员按照图纸精确施工 二 施工设计说明包括设计依据 有关初步设计变更情况的说明 采用新技术和新材料的说明 施工安装注意事项及质量验收要求 设备调试与运行管理注意事项等 同时 提供详尽的材料 设备及其预算情况 10 三 施工设计图纸包括 平面布置图 含构筑物一览表 工程量表 图例及说明 污水和污泥工艺流程图 各处理构筑物工艺施工图 管渠平面布置及其结构示意图 附属构筑物和建筑物的布置图和结构图 设备安装与自动控制图 照明和通风等电气控制图等 对于非标准设备还要有设计图和加工安装说明等 11 第三节城市 镇 污水处理厂设计 一 厂址选择根据当地污水水质和水量 受纳水体功能区划和环境容量 水体自净状况和水资源情况 城市 镇 总体规划和排水系统布置 污水出路和自然条件等情况确定 厂址选择一般需考虑以下原则 一 要与污水处理工艺流程相适应 要便于污泥的处理与处置 二 必须位于集中给水水源的下游 并位于城市 镇 和工厂厂区夏季主风向的下风向 12 三 当处理尾水排放水体时 则应尽可能靠近水体 若尾水回用 则尽可能靠近用户 四 要充分利用地形 选择适宜坡度 以满足构筑物高程布置的需要 减少土方工程量和某些构筑物的埋深 减少污水和污泥提升设备 并降低动力运行费用 五 应考虑远期发展的可能性 必要时应留有扩建的余地 六 厂址尽可能设在地质条件良好的地方 靠近水体的污水处理厂 要有防洪措施 13 二 工艺流程选择指在保证处理出水达到所要求的处理程度前提下所采用的污水处理技术各单元的有机组合 含污水处理工艺流程选择 污泥处理工艺选择 除磷剂投加位置以及除磷剂选择等 一 污水处理工艺流程选择与污水水量 污水水质 污水处理程度 受纳水体环境容量与自净能力 尾水出路以及当地社会经济条件等密切相关 二 污水处理厂设计应根据进水水量水质 尾水排放标准 城镇排水系统 进行城市 镇 生活污水处理程度计算和BOD5 CODCr BOD5 N P计算 并结合城市 镇 社会经济现状 接纳水体环境容量 城市水资源现状以及当地人才 技术条件等综合考虑 同时 结合水量确定水处理构筑物池形及其相关设备 如风机 刮泥机 14 三 污泥处理工艺应结合污水处理工艺 污泥量等进行 由于污泥处理成本高 且具有二次污染的隐患 设计中必须对污泥处理工艺选择给予充分重视 四 根据是否化学除磷设计除磷剂添加位置 进行除磷剂选择 五 选择合适的污水处理厂工艺 不仅可以降低工程投资 利于污水处理厂的运行管理 还利于减少污水处理厂的运行费用 保证出水水质 因而工艺流程选择成为污水处理厂设计的关键 15 六 工艺流程选择的主要影响因素有 1 污水的水质和水量 水质是工艺流程选择的重要影响因素 而水量对构筑物选择有很大影响 水质含污染物浓度 可生化性 BOD N P BOD TN BOD TP SS 重金属 油类 抗生素以及有毒有害组分 水温等 水量包括总量及其排放规律2 出水水质指标和污水处理程度 出水水质指标与污水处理去除率密切相关 其不仅影响工艺流程的选择 且对工艺技术参数有重要影响 如尾水回用 硝化反硝化脱氮工艺的内回流 二沉池出水堰的选择等 16 3 工程造价和运行维护费用 由于污水处理设施运行周期较长 社会经济条件好的地区比较重视工艺的先进性和自动化程度 以便未来设施能够长期高效 正常运行 工艺选择具有超前性 而社会经济条件较差的地区或城市 需在确保稳定性的前提下节省投资规模 降低运行费用4 运行管理与自动化控制要求 仪器设备及其自动化程度不仅影响运行管理 也对技术人员素质和工程投资等产生很大影响 如SBR工艺对在线检测和计算机自动化控制要求很高 5 污泥处理工艺 污泥处理工艺选择不仅涉及环境保护与日常的运行管理 还直接影响到工程投资 运行费用6 气候气象条件 用地 排放水体环境容量与洪水位 城市排水体制等 合流制排水体制涉及初期雨水的处理 必要时需设计初沉池 旱季跳过 洪水位高于二沉池出水水位时需在出水口设立提升泵站 排放水体水量小 会影响污水处理厂的建设规模和尾水排放标准 17 三 工艺流程选择的工程案例某污水处理厂位于南方某工业城市 合流制排水系统 设计水量20 104m3 d 设计处理进 出水水质见下表 污水含有部分重金属元素 尾水排入城市取水口下游 排放执行 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 一级B标准 河流年平均流量为1260m3 s 最枯月流量164m3 s 洪水位高于污水处理厂排放口高程 试选择适宜工艺流程 表1污水处理厂设计进 出水水质 18 一 污水处理程度计算从本工程案例看 污水要求处理的程度高 见表1 BOD5 N P 100 27 8 3 3 氮和磷明显高出微生物所需100 5 1的比例要求 需要进行脱氮除磷处理 二 用生物脱氮除磷工艺的可行性分析1 评价指标主要有 BOD5 CODCr BOD5 TN和BOD5 TP2 BOD5 CODCr是评价污水可生化性广泛采用的一种最为简易的方法 本设计进水水质BOD5 CODCr 0 4 可生化性好 适宜生物处理 19 3 BOD5 TN是评价能否采用生物脱氮的主要指标 反硝化脱氮需要足够碳源 才能保证反硝化的顺利进行 当城市污水BOD5 TN接近于4 即可认为污水有足够的碳源供反硝化细菌利用 本设计进水TN为33 3mg l BOD5 TN 3 6 接近基本要求4 BOD5 TP是评价工艺能否采用生物除磷的主要指标 进行生物除磷的低限是BOD5 TP 17 本工程BOD5 TP 30 能满足生物除磷工艺要求 20 据此分析 本设计可以采用生物法对污水进行脱氮除磷处理由于本设计排水系统为合流制污水 需设初沉池 合流制污水初沉池一般按旱季污水量计算 按合流设计流量校核 校核的沉淀时间不宜小于30min 因此本设计只能按较短沉淀时间设计 旱季时污水不经过初沉池 以确保工艺生物脱氮除磷效果 21 三 工艺选择生物除磷脱氮涉及厌氧 缺氧 好氧三个不同过程的交替循环 根据目前我国大中城市污水处理厂生物脱氮除磷工艺及其运行效果 A2 O法和前置厌氧氧化沟法技术较为成熟 运行效果较好1 A2 O法为空间上的推流式 原污水首先进入厌氧区 兼性厌氧的发酵细菌将废水中大分子有机物转化为小分子有机物 在厌氧条件下 聚磷菌将菌体内积贮的ATP分解 所释放的能量供专性好氧的聚磷细菌在厌氧的不利环境下维持生存 随后进入缺氧区 反硝化细菌利用混合液回流而带的硝酸盐 以及有机物进行反硝化 达到同时去碳和脱氮的目的 污水进入好氧区 聚磷菌大量吸收环境中的磷 并以聚磷酸盐的形式在体内 22 贮积起来 同时 异养菌将有机物分解成水和二氧化碳 硝化细菌把氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐 并通过回流混合液在反硝化区实现生物脱氮 混合液进入二沉池后泥水分离 通过排放剩余污泥实现除磷目的 由于硝化细菌和聚磷菌的世代显著不同 彼此泥龄难以兼顾 泥龄长 硝化和反硝化效果加强 生物脱氮效果好 反之 系统排泥量大 生物除磷效果好 生物脱氮和生物除磷难以二者得兼 当二者处理程度均要求较高时 一般优先保证生物脱氮效果 除磷通过化学方法实现 本设计中 对脱氮要求很高 因此工艺参数要选择较长泥龄 以确保生物脱氮效果 工艺处理后超标的磷则通过投加化学除磷去除2 前置厌氧的改良型氧化沟法工作原理与A2 O法完全相同 只是缺氧区和好氧区整合在一个环形的沟道中 氧化沟的突出优点是硝化液回流比高 能达到较高程度的脱氮率 23 上述二工艺各有特点 其技术性比较见表2 表2方案技术比较表 24 彼此的运行成本从国内现有污水处理厂的运行看较为接近 前置厌氧 氧化沟工艺处理效果好 出水水质稳定 技术先进 成熟 运转可靠性和灵活性高 国内有一定应用实例 且操作 管理及维护相对简单 A2 O工艺方案技术虽同样具有处理效率好 出水水质稳定 技术先进 成熟 国内应用广泛等特点 且其占地面积小 能耗低 但该工艺流程较为复杂 设备较多 操作管理较麻烦 运转灵活性不如前置厌氧 氧化沟工艺综合上述技术和经济两方面的比较 本设计拟推荐采用前置厌氧 氧化沟工艺 25 四 污泥处理工艺选择污泥有机物含量较高 不稳定 易腐化 含有大量病毒及寄生虫 若不妥善处理处置会造成二次污染 必须进行处理和处置污泥处理需要根据污水处理工艺 污泥量 污泥性质 选择适宜的污泥处理方法污泥含有大量有机物 有较大的肥用价值 但本设计中污泥含有一定量的重金属 只宜与城市生活垃圾一起填埋处置污泥处理流程有 浓缩 脱水 处置 浓缩 消化 脱水 处置 本设计污水处理工艺采用生物脱氮除磷工艺 污泥龄较长 污泥性质较为稳定 可不进行消化 污泥处理工艺拟采用 浓缩脱水一体化 外运填埋 26 表3污泥浓缩脱水一体机和污泥浓缩 脱水比较 27 五 消毒技术方案生话污水中的病原菌主要来自粪便 以肠道传染病菌为主 常用的消毒方式有加氯消毒 臭氧消毒和紫外线消毒三种1 加氯消毒主要是投加液氯 其特点是成本低 工艺成熟 效果稳定可靠 但加氯法要求接触时间不少于30min 按触池容积较大 氯气是剧毒危险品 存储氯气的钢瓶属高压容器 液氯消毒会生成有害有机氯化物2 氧化法常用的是臭氧 臭氧消毒杀菌彻底可靠 危险性较小 对环境基本无副作用 接触时间比加氯法小 但基建投资大 运行成本高 28 3 紫外线消毒法是近年来发展最快的一种方法 紫外线消毒是利用紫外C波段 波长在200nm 280nm 破坏污水中各种病毒 细菌以及其他致病体中的DNA结构 键断裂等 使其无法自身繁殖 达到除去水中致病体以及消毒的目的 紫外线消毒的主要优点是灭菌效率高 作用时间短 危险性小 无二次污染等 并且消毒时间短 不需建造较大的接触池 建消毒渠即可 占地面积和土建费用大大减少 运行费用较低 管理维修简单 自动清洗 缺点是一次性设备投资较高 灯管寿命较短 一般小于10000小时 对出水SS浓度有严格要求 要求二沉池采用双堰出水 基于工程投资和运行成本两个方面考虑 本设计拟采用紫外线消毒 29 六 化学除磷工艺及其除磷剂选择根据生物除磷原理 要使污水处理厂尾水出水磷 lmg L 采用生物脱氮除磷工艺完全达标有一定的难度 需要进行化学辅助除磷1 化学除磷按除磷剂投加位置把化学除磷分为前置除磷 后置除磷 协同除磷 本设计初沉池旱季时并不运转 仅存在采用协同除磷和后置除磷的可能性 化学后置除磷需要增加后续反应池和三级沉淀池 投资明显增加 工艺过程复杂 故本设计采用协同除磷方案 30 2 常用除磷药剂有硫酸铝 硫酸亚铁 碱式氯化铝和聚合硫酸铁 形成的沉淀产物分别为磷酸铁和磷酸铝 磷酸铁沉淀物最低溶解度的pH为5 5 磷酸铝沉淀物最低溶解度的pH值为6 5 而污水pH值一般在6 9 较为适宜铝盐 加之铁盐腐蚀性强 处理出水色度较高 聚铁对悬浮物的去除效果较差 且硫酸亚铁需要氧化预处理 加氧或在曝气池投加 转化成高铁 才能发挥絮凝沉淀作用 因此一般采用铝盐和铝 铁混合盐 本设计选择铝盐作为化学除磷药剂 31 基于上述分析 得本设计污水处理系统工艺流程 32 第四节平面布置与高程布置 一 平面布置污水处理厂平面布置是指厂内各种构筑物 附属设施相对位置的平面空间设计 包括主体构筑物 附属构筑物 连接各构筑物的管 渠以及其它管线 道路和绿化等 由于其平面布置会对污水处理厂的高程布置 运行管理和维护 用地面积 环境卫生等带来影响 因此要求遵循下列原则 一 设计布置必须按照 室外排水设计规范 的相应条款进行设计 二 当分期建设时 应根据规划对远期做出合理安排 33 三 污水处理厂总体布置应根据各构筑物的功能要求和水力要求 结合地形和地质条件 风力与朝向综合考虑 污水处理构筑物 污泥处理构筑物以及生活 管理设施宜分区集中布置 四 为便于施工 运行管理和检修便利 各构筑物之间必须留有5 10m的间距 消化池与消化气罐等特殊构筑物的间距应按相应规范确定 各构筑物之间的管渠力求直通 便捷 避免迂回 五 合理布置超越管 以便事故检修时污水能超越后续构筑物或直接排放水体 各并联运行构筑物间应设置配水井 各处理构筑物宜设置放空管 对于曝气池和间歇污泥浓缩池 还有设置放水管 鼓风机房尽可能靠近曝气池 34 六 污水处理厂内应有配套的雨水管道系统 以便及时排放雨水 七 附属设施应远离污泥处理设施 并位于夏季主导风向的上风向 中控室和值班室应尽量布置在能够便于观察各处理设施运行的位置 八 必须建设联通各构筑物和附属设施的道路 并使厂区绿化面积不小于全厂总面积的30 35 二 高程布置主要任务是确定各处理构筑物和泵房的标高 确定各构筑物水面标高以及彼此之间连接管渠的尺寸和标高 计算泵站提升高程 使污水和污泥沿工艺流程或管渠通畅流动 高程布置直接影响污水处理厂的工程造价 运行费用 维护管理和运行操作等 为了节省提升设备与运行费用 尽可能使废水与污泥在各构筑物间按重力流动或减少提升次数 必须精确计算其流动过程中的水头损失 避免不必要的跌水注意事项 一 水力计算时 应选择一条距离最长 水头损失最大的流程进行较准确的计算 并适当留有余地 二 计算水头损失时 以最大流量作为构筑物与管渠的设计流量 涉及远期流量的管渠与设备 按远期最大流量考虑 并适当预留备用水头 36 三 高程计算时 以受纳水体的最高水位作为起点 逆处理流程向上倒推计算 以使处理后废水在洪水季节也能自流排出 并且水泵需要的扬程较小 如果洪水位高出相应设计高度 应在污水处理厂排放口前设置提升泵站 在水体水位过高时开启泵站提升排放 四 如果污水处理厂处理出水用于灌溉 应尽可能保证自流至灌区 否则应则采取抽升措施 五 注意污水与污泥工艺流程的匹配 尽量减少污泥提升 污泥处理设施排出的废水应自流至泵站集水池或其他处理构筑物 六 在绘制高程图时 横向与总平面图采用的比例尺相同 37 根据计算结果 绘制污水处理流程高程布置图 38 案例一某污水处理厂设计一 设计资料 一 废水水质水量资料某市临近北部湾 以海产养殖 水产品加工 海洋运输为主 工业发展速度较慢 根据该市中长期发展规划 2010年城市人口20万 2015年城市人口28万 目前城市居民平均用水400L 人 d 日排放工业废水2 104m3 d 主要为有机废水 具体水质资料如下 城市生活污水 CODCr400mg L BOD5200mg L SS200mg L NH4 N40mg L TP8mg L pH6 8工业废水 CODCr800mg L BOD5350mg L SS400mg L NH4 N80mg L TP12mg L pH6 8 39 为保护环境 防止海洋污染 污水处理厂出水执行 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 一级B标准 其主要指标见下表 40 二 气象 水文与工程地质资料该市气候温和 年平均21 最高月平均25 最低10 常年主导风向为东南风和西北风 夏季平均风速1 8m s 冬季1 5m s污水处理厂靠近城市西侧 地势平坦 地质条件良好 地表土层厚度一般在10m以上 主要为亚砂土 亚粘土 砂卵石组成 地基承载力为1 2 2 污水管道DN1600 进水口管道标高122 00m 污水处理厂地面标高为128 00m 附近河流最高水位为126 40m 41 三 设计依据污水处理厂工程设计委托书 XX省发改厅 关于XX市XX污水处理工程的批复 XX市XX污水处理工程项目环境影响报告 的批复 XX市XX污水处理工程岩土工程勘察报告 XX市XX污水处理工程用水及其排水情况 42 二 污水处理厂设计 一 进水水质水量计算居民平均用水量 280000 400 10 3 112000m3 d 1296 30L s得生活污水量总变化系数KZ 1 3 设计水量为 设计生活污水量 工业废水 145600 20000 165600m3 d取设计水量17 104m3 d由于包含了生活污水 工业废水二种不同水质 需要计算平均进水浓度 43 CODCr 112000 400 20000 800 132000 461mg LBOD5 112000 200 20000 350 132000 223mg LSS 112000 200 20000 400 132000 230mg LNH4 N 112000 40 20000 80 132000 46 1mg LTP 112000 8 20000 12 132000 8 6mg LpH6 8 二 处理程度计算BOD5去效率 CODCr的去除效率SS的去除效率 44 氨氮的去除效率总磷的去除效率由于BOD5 CODCr SS TP NH4 N去除率均较高 需脱氮除磷 45 三 采用生物脱氮除磷工艺的可行性分析可生化性 BOD COD 223 461 0 48 易生化处理需要生化去除BOD 223 20 203mg L据BOD N P 100 5 1 去除203mg LBOD同时同化去除的N和P分别为N 10 2mg L P 2 03mg L根据排放标准 允许排放的TN 8mg L TP 1mg L故需去除的氮磷浓度 N 46 1 10 2 8 27 9 P 8 6 2 03 1 5 57mg LBOD5 TN是评价能否采用生物脱氮的主要指标本设计进水TN为46 1mg L BOD5 TN 4 8 达到碳源要求BOD5 TP是评价工艺能否采用生物除磷的主要指标本工程BOD5 TP 26 能满足生物除磷工艺要求 据此 本设计可以采用生物法对污水进行脱氮除磷处理 46 三 进水水质特点设计进水量约17 104m3 d 为中等规模 由于城市排水管网具有巨大调蓄 混合作用 加之进水主要为生活污水 进入污水处理厂的水量 水质较为平稳 均匀 工业废水主要为海产养殖 水产品加工等有机工业废水 可生化性好 无有毒有害污染物 水质 水量的不均匀程度较低 47 四 污水处理工艺选择鉴于污水需脱氮除磷 故工艺选择只能限于较为成熟的生物脱氮除磷工艺 一 SBR工艺SBR工艺具有节省占地 不需要混合液回流和污泥回流量等优点 但多池集约化控制需要较高的自动化程度 适宜较小规模污水处理厂 二 氧化沟氧化沟水力停留时间长 有机负荷和氨氮负荷低 且缺氧 好氧交替进行 利于发生硝化反硝化和碱度回收 48 三 A2 O工艺A2 O工艺具有工艺流程简单 能有效抑制丝状菌 改善污泥沉降性能等特点 其脱氮效果受混合液回流比的影响 除磷效果受进水BOD浓度 回流污泥夹带的溶解氧和硝态氮含量的影响 三种工艺技术经济性比较表 49 五 工艺技术方案选择基于上表的对比分析 以及设计水量水质 污染物去除率要求 工艺三在三种技术中具有较明显优势 比较适应本废水处理 故本设计拟采用此工艺进行设计 具体工艺流程如下 50 六 设计计算书 一 格栅1 粗格栅泵前格栅采用栅条型格栅 二用一备 渠内栅前流速v1 0 9m s 过栅流速v2 1 0m s 格栅间隙e 60mm 机械清渣 格栅安装倾角为75 1 格栅宽度 规范规定粗格栅进水宽度约为进水管渠的1 2倍 则 B 1 2D 1 2 1 6 1 92m 取2 0m 51 2 栅条间隙数n 由B S n 1 en式中 S 栅条宽度 取0 01m e 格栅间隙 取60mm将数值代入得 2 0 01 n 1 0 06 nn 29故选择GLGS2060型机械格栅 设计槽宽2 06m 栅高2 0m 配套电机功率1 5kW 3 每日栅渣量W 式中 W 每日栅渣量 m3 d W1 栅渣量 取0 01m3 103m3代入各值得 W 1 66m3 d采用机械清渣 52 2 细格栅泵后细格栅采用栅条型格栅 四用一备 渠内栅前流速v1 0 9m s 过栅流速v2 1 0m s 格栅间隙e 10mm 机械清渣 格栅安装倾角为75 1 栅前水深h 故设计过栅流量为 由于代入数据得栅前水深h 0 60m 53 2 栅条间隙数n 式中 Q 过栅流量 m3 s a 倾角 75 e 栅条间隙 取10mm v 过栅流速 m s代入得 3 栅槽宽度B B S n 1 en式中 B 栅槽宽度 m S 栅条宽度 m 取0 01m将数值代入上式得 B 0 01 111 1 0 01 111 2 21m 取2 20m 54 4 进水渠道渐宽部分的长度L1 由于格栅宽度一般按进水管渠直径或宽度的1 2倍设计 则进水渠道宽B1 1 8m 设渐宽部分展开角 1 20 此时进水渠道内的流速为 则进水渠道渐宽部分长度 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 55 格栅计算图 56 5 过栅水头损失h1 h1 kh0式中 h0 计算水头损失 m g 重力加速度 9 81m s2 k 系数 取3 阻力系数 当为矩形断面时 2 42 2 42 2 42 57 h1 k 3 2 42 sin75 0 13m 6 栅后槽总高度H 设栅前渠道超高h2 0 3m 则栅前槽高 H1 h h2 0 60 0 30 0 90m栅后槽总高H h H1 h2 0 60 0 13 0 3 1 03m 7 栅槽总长度L L L1 L2 0 5 1 0 0 55 0 27 0 5 1 0 2 40m 8 每日栅渣量W 取W10 05m3 103m3 所以W 8 3m3 d 采用机械清渣 58 二 曝气沉砂池的设计1 设计参数旋流速度0 25 0 3m s 水平流速为0 1m s 最大时流量停留时间1 3min 有效水深2 3m 宽深比采用1 1 5 长宽比可达5 处理每立方米污水的曝气量为0 1 0 2m3空气2 设计计算 1 总有效容积 式中 V 总有效容积 m3 平均设计流量 m3 s t 水力停留时间 取2min将数值代入上式 59 2 池断面积 式中 A 池断面积 m2 v 设计水平流速 m s 取0 1m s代入上式得 3 池总宽度B 式中 H2 有效水深 取3m将数值代入上式 设二组并联运行 则每个池子宽度b 3 2m宽深比 符合要求 60 4 池长 将数值代入上式得 L 12m 取池超高h1 0 5m 取池底底坡i 3 则H3 i b 0 10m取池底砂槽深h4 0 5m 则设计池深 H h1 h2 h3 h4 0 5 3 0 1 0 5 4 1m 曝气沉砂池剖面图 61 5 所需曝气量 式中 D 每m3污水所需曝气量 取0 2m3 m3将数值代入上式得 供气采用一根干管送气 每池设4根配气管 共8根配气竖管 则每根竖管供气量为 172 8m3 h 选用YBM 2型号的膜式扩散器 单池设空气扩散器24个 空气扩散器间距0 50m 曝气沉砂池采用SHX3200型行车式真空吸砂机 池宽3200mm 整机功率5 15kW 行车速度1 3m min 配套渣水分离器SLF320型 电机功率0 37kW 62 三 生物反应池 厌氧池 缺氧池 好氧池 设计计算1 设计参数BOD污泥负荷 Ns 0 15kgBOD5 kgMLSS d 污泥回流比 R 50 回流污泥浓度 Xr 10000mg L 2 设计计算 1 曝气池混合液浓度X 2 混合液内回流比R0 TN去除率为 混合液回流比 63 为了保证脱氮效果 实际混合液回流比取200 3 反应池容积V 4 生物反应池总水力停留时间 取10h 5 厌氧池 缺氧池和好氧池的水力停留时间和有效容积 设厌氧 缺氧 好氧水力停留时间比为1 1 3 则厌氧池 缺氧池 好氧池水力停留时间分别为2h 2h 6h则厌氧池 缺氧池 好氧池有效容积分别为13450 13450 40350m3 64 6 剩余污泥量W 污水处理生成污泥量 干重 式中 Y 污泥增殖系数 取0 6 代入上式得 内源呼吸作用分解的污泥 干重 式中 kd 污泥自身氧化率 取0 05 Xr 活性污泥浓度 取f 0 75 则Xr 0 75 3333 2500mg L V3 好氧池有效容积 m3代入上式得 65 不可生物降解和惰性的悬浮物量 干重 W3 根据微生物分解代谢和合成代谢关系 可降解有机物内源代谢后产生的残留物为2 3 20 13 33 进水SS中惰性悬浮物比例为1 f 25 故二者占TSS的比例为38 44 计算取40 剩余污泥产量 干重 W W1 W2 W3 20170 5044 13910 29036kg d设剩余污泥含水率为99 2 密度为1 则剩余污泥量湿重与体积为 66 7 泥龄Qs 式中 V 曝气池或好氧池有效容积 m3 X 曝气池混合液浓度 mg LW 曝气池日增长活性污泥量 kg d将上述计算数据代入得 取9d 67 3 生物反应池主要尺寸设三组并联运行 1 厌氧池有效容积V1为13450m3 取有效水深4 5m 则单池面积 取1000m2取其长50m 宽20m 分二个廊道 每廊道宽10m 形成闭路循环 设超高0 3m 则其设计尺寸为50m 20m 4 8m 图 厌氧池平 剖面示意图 68 2 缺氧池有关尺寸计算同厌氧池 超高取0 4m 其设计尺寸为50m 20m 4 9m 3 好氧池好氧池有效容积V3为40350m3 取有效水深4 5m 则单池面积 取3000m2取长60m 宽50m 分五廊道 每廊道10m 超高0 5m 则设计尺寸为60m 50m 5m校核 b h 10 5 2 L b 60 10 6 满足设计要求 69 好氧池平面示意图 70 4 曝气计算 1 设计需氧量 O O1 O2 O3式中 O1 碳化需氧量 kgO2 dO2 氨氮硝化需氧量 kgO2 dO3 反硝化脱氮产氧量 kgO2 d其中碳化需氧量 71 硝化需氧量 根据BOD N P 100 5 1 微生物去除223 20 203mg L有机物的同时需同化 203 100 5 10 15mg L氨氮 故被氧化的氨氮为 N 46 1 8 10 15 27 95mg L 72 反硝化脱氮产氧量 由于实际需要最低反硝化的氨氮为 N 进水氨氮 出水总氮 用于合成氨氮 46 1 20 10 15 15 95mg LO3 2 86Q N 2 86 165600 15 95 0 001 7554kgO2 d故设计需氧量 O O1 O2 O3 27957 21291 7554 41694kgO2 d 1737kgO2 h 最大需氧量与平均需氧量之比为1 4 则 Omax 1 4 O 1 4 1737 2432kgO2 h 73 2 标准需氧量 本设计拟采用微孔曝气 取氧转移效率EA 20 计算平均水温为21 标准状态下的需氧量SOR 式中 气压调整系数 取1 CL 曝气池内平均溶解氧 取2mg L CS 20 Csm T 水温20 设计水温T时清水中溶解氧的饱和度 平均溶解氧的饱和度 mg L 污水传氧速率与清水传氧速率之比 取0 82 污水中饱和溶解氧与清水中饱和溶解氧之比 取0 95 74 查表得水中溶解氧饱和度 CS 20 9 17mg L CS 20 8 99mg L空气扩散气出口处绝对压为 Pb 1 013 105 9 8 103H 1 013 105 9 8 103 4 5 0 2 1 434 105Pa 75 空气离开好氧反应池时氧的百分比 好氧反应池中平均溶解氧饱和度 故标准需氧量为 相应最大时标准需氧量 SORmax 1 4SOR 1 4 2533 3546kgO2 h 76 好氧反应池平均时供气量 式中 EA 氧利用率 设计采用WBB1 5 S型微孔曝气器 其氧利用率20 故单池平均时供气量为14072m3 h好氧反应池最大时供气量 Gsmax 1 4Gs 59104m3 h 单池最大时供气量19701m3 h 采用C125 1 60型离心鼓风机 一用一备 配用电机功率200kW 77 3 曝气器设计设计采用WBB1 5 S型微孔曝气器 平均时曝气量为30m3 h 则每个好氧池需安装曝气器14072 30 469个 取480个 曝气器服务面积4 2m2 个 服务直径为2 25m 故曝气器平面布置为24 4 即每廊道为96个 见图 78 5 生物反应池进 出水系统计算 1 进水管渠单组反应池进水管设计流量 取管道平均流速v 0 8m s 则管道过水断面积 进水管渠断面尺寸 管径 79 2 回流污泥管二沉池活性污泥先依靠重力流回流至污泥池 后通过污泥泵分别提升至各厌氧池 二沉池回流至污泥池的污泥管设计流量 QR RQ 0 5 165600 3 27600m3 d 0 32m3 s管道为满流设计 取管道平均流速v 1 00m s管道过水断面积 管径 取0 70m 80 3 好氧池出水堰按矩形堰流量公式计算 式中 b 堰宽 取6m H 堰上水头 m 81 4 好氧池至二沉池配水井出水管取管道平均流速 v 0 8m s管道过水断面积 管径 6 配水井设计为保持配水井向各二沉池配水均匀且尽可能降低水头损失 配水渠道中的水流速度以不大于1 0m s为宜 本设计取水流设计速度1 0m s 配水井总进水量为 1 R Q或3Q3 即2 875m3 s二沉池设4座 配水采用矩形宽顶堰配水 则每个堰口出流量为0 72m3 s 82 根据矩形堰流量计算公式 式中 H 堰上水头 m b 堰宽 m 取1 5m mo 流量系数 取0 33则此时 在2 5 10范围内 满足设计要求 83 7 设备计算和选择 1 厌氧池 厌氧池单池内设水下推进器 因池内流量为 1 R Q 1 5 0 639 0 96m3 s 选择水下推进器OJB11 6型 单台设备功率11kW 每池安装2台 共6台 2 缺氧池缺氧池混合液固体浓度 池体积与厌氧池相同 但其流量增加了200 的内回流 故实际池内流量为 1 R Rr Q 1 0 5 2 0 639 2 24m3 s 单台水下推进功率20kW 每池安装2台 共6台 84 3 好氧池好氧池通过曝气搅拌 实现微生物 污水 空气三相充分传质 不需另设水下推进装置 但缺氧池回流混合液需要水下推进设备输送 按回流比为200 回流量为2 0 639 1 28m3 s 水下推进器采用OJB11 6型 功率11kW 每池设1台 共3台 4 污泥回流泵污泥回流比R 50 单池污泥回流量QR RQ 0 5 0 639 0 32m3 s 污泥泵选型为350QW1200 15型 流量1200m3 h 扬程15m 配用功率90kW 共5台 三用二备 85 8 辐流式二沉池的设计辐流式二沉池采用机械吸泥 1 二沉池池径设计拟设4座二沉池 则每座沉淀池表面积A1和池径D 式中 A1 单池表面积 m2 Q 进入二沉池的混合液流量 m3 hn 设计二沉池数量 qo 二沉池表面水力负荷 取1 5m3 m2 h 86 将数值代入上式 鉴于采用定型设备 拟取D 45m 选择ZBXN 45型吸泥机 二沉池周边线速度2 2m min 功率2 2 2kW 压缩空气压力0 1MPa 二沉池计算图 87 2 池周边水深h2根据吸泥机相关技术参数 池周边有效水深为2 95m检验校核 D H 45 2 95 15 25 合格 3 沉淀池总高度H H h H h2式中 h 超高 取0 4m H 池周边有效水深 2 95mh2 沉淀池底坡落差高度 m 查设备技术参数 1 35m代入得 池周边深度H 0 4 2 95 3 35m池中心深度H 0 4 2 95 1 35 4 70m 88 4 二沉池进水管计算根据吸泥机技术参数 本二沉池进水配水管管径D3为2 50m 由于二沉池单池进水量为0 72m3 s 设配水井至二沉池进水管道平均流速0 9m s 则管道过水断面积和进水管径为 5 配水系统计算a 配水竖井根据吸泥机设备安装要求 该深度为2 65m 竖井采用六孔配水 配水口尺寸采用0 5m 1 5m 沿竖井均匀分布 89 则井内流速为 式中 R 污泥回流比 50 A1 单个配水口面积 m2 代入上式得 符合0 15 0 2m s要求b 整流筒 整流筒直径依据吸泥机产品规格要求 d为4 08m 90 6 出水系统计算a 出水集水槽出水采用集水槽双侧90 三角堰口出水 集水槽沿二沉池池边1 5m处环形布置 集水槽集水流量为 取槽中水流速度0 6m s 槽宽0 5m 则水槽终点水深 集水槽起点三角堰出水自由跌落0 25m 则出水口槽深0 8 0 25 1 05m 故起点断面尺寸0 25m 0 5m 出口处断面尺寸1 05m 0 5m 底坡0 012 91 b 出水堰计算公式 L L1 L2式中 q 三角堰单堰流量 L s n 三角堰数量 个 L 集水堰总长 L1 L2为内侧堰和外侧堰长度 m b 三角堰单宽 m 取0 10m q0 堰上负荷 L m s 则 L1 D 3 14 45 2 2 128 8mL2 D 3 14 45 2 1 5 131 9mL L1 L2 128 8 131 9 260 7mn 260 7 0 1 2607个 92 q 0 48 1000 2607 0 18L sq0 0 48 1000 260 7 0 18L m s 由于q0介于1 5 2 9L m s 之间 设计符合二沉池设计规范相关要求C 出水管取管内出水流速1 0m s 则管径为 7 排放剩余污泥量剩余污泥产量 干重 W W1 W2 W3 20170 5044 13910 29036kg d 93 设剩余污泥含水率为99 2 密度为1 则剩余污泥量湿重与体积为 单池产生剩余污泥量湿重与体积为 q 90737 5kg 90 75m3 d 94 95 9 污泥回流泵房与污泥脱水 1 污泥回流泵房污泥回流泵房平面设计尺寸 14000mm 9000mm污泥回流比为50 则单池回流污泥量 故污泥回流泵选用350QW1200 15型 流量1200m3 h 扬程15m 配用功率90kW 共5台 三用二备污泥池体积按5min污泥量体积设计 则V 3 1200 60 5 180m3取有效池深6m 超高1 0m 则污泥池面积为50m2 设池宽5m 池长10m 则设计尺寸为10000mm 5000mm 7000mm 96 2 污泥浓缩脱水鉴于污泥浓缩会导致厌氧释磷 污泥处理拟采用一体化浓缩 离心脱水设备 离心机设备型号S4 1型 处理能力为40m3 h 配套电机功率75kW 共二台 设备尺寸4910 3150 1510mm离心脱水机配套设备包括投药 冲洗 输送等 污泥脱水药剂采用PAM干粉 絮凝剂用量3 5kg t DS 药液配制浓度0 1 0 5 搅拌机功率2 5kW 加药泵2台 0 4 2 0m3 h P 0 2MPa N 1 5kW 冲洗泵2台 1用1备 流量25m3 h P 0 7Mpa N 11kW 螺旋输送机1台 LSW360 水平输送机长L 13m 倾斜输送机长L 6 0m 安装角度25 N 6kW 输送能力4m3 h 配套污泥提升泵为50QW50 10型 设计流量为50m3 h 扬程10m 配用电机功率3kW 二用二备 共4台 97 10 紫外线消毒槽处理出水含细菌和病毒 为确保水体环境安全 需要对出水连续消毒设计流量 Q 165600m3 d 6900m3 h紫外线照射计量 12000 W cm2 s 设钢砼消毒槽1座 平面尺寸为13m 6m 分两个流道 每个流道安装一套紫外线消毒系统 设备功率N 80kW 单池水面宽度2 6m 有效水深0 9m 超高0 3m 出水经巴氏计量槽计量后就近排入河流 98 99 七 平面布置和高程布置 一 平面布置1 平面布置原则 1 设计布置必须按照 室外排水设计规范 的相应条款进行设计 与城市总体规划相衔接 并与周边环境相协调 2 要按功能分区 污水处理构筑物 污泥处理构筑物以及生活 管理设施宜分区集中布置 使之利于生产管理 保障生产安全 构筑物和辅助构筑物应布置在附属建筑物 办公场所 生活区的下季主导风向的下方 中控室和值班室应尽量布置在能够便于观察各处理设施运行的位置 100 3 根据生产需要 结合地形 地质 土方 结构和施工等因素全面考虑 构筑物布置力求紧凑 顺畅 避免迂回 便于操作管理 严禁将各种管线埋在构 建 筑物下面 以便施工和检修 要合理布置超越管 渠 和设置构筑物放空管 4 力求经济合理地利用土地 减少占地面积 尽量减少厂区挖方和填方量 基本保持挖方和填方平衡 以节省投资 5 厂区构筑物与周边建筑有一定宽度的卫生防护距离 减小污水厂对周边环境的影响 6 交通顺畅 便于施工与管理 并满足消防要求 101 2 平面布置厂区平面布置图详见污水处理厂设计平面图 工程占地总面积5 39ha 设计采用相对坐标 102 厂区按功能分区布置厂区大门设在厂区北面 厂区由北向南依次为厂前区 污水处理区和生产区辅助生产区位于厂前区 在夏季主导风向的上风向 布置有综合楼 包括生产管理 行政管理 中心控制 化验室 球场 仓库以及停车场等污水处理区位于厂区中部 进水从东面进入 出水排入西面河流 生产区由东向西依次为粗格栅 进水泵房 细格栅 曝气沉砂池 厌氧池 缺氧池 好氧池 二沉池 紫外线消毒槽 巴氏计量槽 该平面布置工艺流程较顺畅 管线短 交叉少厂区南部为生产区 布置有机修间 配电间 鼓风机房 污泥浓缩脱水间及堆泥棚 103 附属建筑物见一览表 104 二 高程计算出水受纳水体为河流 污水处理厂地面标高128 00m 河流最高水位为121 40m 无洪水侵袭记录和海啸 潮水倒涌记录 为预防海啸 潮水倒涌等现象发生 污水处理厂出水口跌水井前需要设置二道闸阀1 高程计算高程计算采用相对高程 设地面标高为0m厂区高程设计的最低点为出水口巴氏计量槽 巴氏计量槽出水标高低于厂区平整地面 1 0m标高 考虑厂区构筑物及其管路水头损失 并适当预留将来水质可能变化需要增加构筑物的高程 逆推计算至提升泵房出水口 并结合进水提升高度以及全厂构筑物最大水头损失进行水泵选型 各构筑物标高计算如下 105 巴氏计量槽至消毒池 沿程水损h iL 150 0 8 1 20m消毒池至二沉池出口 沿程水损 h iL 185 7 0 3 0 56m局部水损 二沉池至地面窨井跌水高度1 0m二沉池至配水井 沿程水损 出水槽h i L i r 70 69 0 3 0 21m 二沉池池中心至出水三角堰取0 1m 二沉池中心至配水井hf 0 05 94 1 12 1 2 9 8 0 24m局部水损 二沉池池中心配水取0 10m 三角堰跌水取0 20m 配水井口跌水取0 30m配水井至好氧池 沿程水损 hf 0 05 67 4